鲁棒PID设计在涡扇发动机中应用

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1、第28卷第3期计算机仿真2011年3月文章编号：1006—9348(2011)03—0106—04鲁棒PID设计在涡扇发动机中的应用李述清，詹济民，李明，杜国宁(第二炮兵工程学院，陕西西安710025)摘要：针对常规PID控制器参数镇定过程通常采用手工试凑方法费时费力，优化或理论设计方式算法结构复杂、不便于工程人员理解等局限，研究了一种基于闭环增益成形算法的鲁棒PID快速设计方法，以提高PID控制器设计的简洁性和鲁棒性。并分别针对当受控对象具有二阶或一阶传递函数形式，推导并给出了PID参数的相应计算格式。最后，应用于某型涡扇发动机控制器设计中。

2、通过仿真结果表明，用以设计的PID控制器具有良好的控制性能和鲁棒性能，证明了此算法是值得应用和推广的。关键词：PID控制器；闭环增益成形；鲁棒控制；涡扇发动机中图分类号：TP273文献标识码：ARobustPIDDesignforTurbofanEngineLIShu-qing，ZHANJi—ruing，LIMing，DUGuo-ning(TheSecondArtilleryEngineeringCollege，Xi’an，710025，China)ABSTRACT：Forseveraltypicaltransferfunctionsofcon

3、trolledplants，astraightforwardrobustPIDdesignmethodbasedonclosed—loopgainshapingalgorithmispresentedinthispaper．Fist，thetransferfunctionoftheclosed—loopcontrolsystemisassumedasa1or2ordersystem．Then．comparedwiththetransferfunctionoftheactualclosed—loopcontrolsystemwiththePIDc

4、ontrollerandthatoftheclosed—loopcontrolsystemwiththecontrolledplant，theparametersofPIDcontrollercanbecalculatedfacilely．Thus，therobustPIDcontrollerdesigniseompleted．Atlast，thismethodWasappliedtodesignaPIDcontrollerforaturbofanenginecontrolsystem，andthesatisfyingsimulationwas

5、obtainedtodemonstratethewellcontrolperformanceandrobuststabilityofthisPIDdesignmethod．KEYWORDS：PIDcontroller；Closed-loopgainshaping；Robustcontrol；Turbofanengine1引言法、粒子群优化算法等；②基于特定鲁棒理论进行PID控制PID控制是最早发展起来的控制策略之一。由于其结器设计’，例如H理论、理论等。方法①注重系统的响构简单，便于设计，易于现场调试，PID控制也是迄今为止工应品质，但是优化计

6、算量较大，不利于PID控制器的快速设业过程控制中应用最广泛的控制方法，几十年来对单变量计。方法②理论严密，但算法结构复杂，需要很深的数学基PID控制参数设计方法方面也得到国内外的广泛研究J，著础。其中，H鲁棒控制理论经过二十多年的发展，已经取得名的如Ziegler—Nichols设定法、临界灵敏度法、极点配置法、了大量引人瞩目的研究成果，但是仍然存在着制约其向实际增益相位裕度方法等。传统的整定方法采用经验加试凑的工程应用方向发展的因素，其中最主要的一点就是权函数选方法由人工整定，这种整定工作不仅需要熟练的技巧，而且择困难，需要很深的数学基础和大

7、量的实践经验，在使用上往往要花费大量的时间。同时，由于系统不确定性又引出为初学者带来相当的困难。同时，尽管鲁棒控制理论的应用PID控制的鲁棒性问题，而此时常规PID参数设计方法难以在一定程度上提高了PID控制器的鲁棒性，但是存在计算量继续保持良好的控制品质J。大、求解困难等问题，有些问题已经被证明是NP难问题j。因而，利用鲁棒控制技术进行PID控制器的设计成为近为此，学者提出闭环增益成形算法。它是在H鲁棒控年来人们研究的一个热点课题。针对模型不确定对象，通常制理论框架下提出的，它避免了权函数的选择而对系统进行采用的方法有：①依据某种与误差有关的

8、最优性指标，通过闭环增益成形，其核心是确定闭环系统传递函数即‘p的最后优化指标来完成设计J，例如各类经典优化算法、遗传算希望的形状，用闭环系统具有工程